【正文】 中發(fā)生 電離 H2SO4=2H+ + SO4 2 硫酸的用途 （ 1） 用于肥料的生產(chǎn) 硫酸銨（俗稱硫銨或肥田粉）和過磷酸鈣（俗稱過磷酸石灰或普鈣）這兩種化肥的生產(chǎn)都要消耗大量的硫酸。 （ 2） 用于農(nóng)藥的生產(chǎn) 許多農(nóng)藥都要以硫酸為原料如硫酸銅、硫酸鋅可作植物的殺菌劑，硫酸鉈可作殺鼠劑，硫酸亞鐵、硫酸銅可作除莠劑。前者每生產(chǎn) 1t 需消耗 20%發(fā)煙硫酸 ， 后者每生產(chǎn) 1t 需消耗硫酸 36kg。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 （ 3） 用 于冶金工業(yè)和金屬加工在冶金工業(yè)部門，特別是有色金屬的生產(chǎn)過程需要使用硫酸。每噸原油精煉需要硫酸約 24kg，每噸柴油精煉需要硫酸約 31kg。 (5)在濃縮硝酸中，以濃硫酸為脫水劑；氯堿工業(yè)中，以濃硫酸來干燥氯氣、氯化氫氣等；無機(jī)鹽工業(yè)中，如冰晶石 (Na3AlF6)、硼砂 (Na2B4O7許多無機(jī)酸如磷酸、硼酸、鉻酸 (H2CrO4，有時(shí)也指 CrO3)、氫氟酸、氯磺酸 (ClSO3H)；有機(jī)酸如草酸 [(COOH)2]、醋酸 (CH3COOH)等的制備，也常需要硫酸作原料。 (6)用于化學(xué)纖維的生產(chǎn)為人民所熟悉的粘膠絲，它需要 使用硫酸、硫酸鋅、硫酸鈉的混合液作為粘膠抽絲的凝固浴。此外，在尼龍、醋酸纖維、聚丙烯腈纖維等化學(xué)纖維生產(chǎn)中，也使用相當(dāng)數(shù)量的硫酸。每生產(chǎn) 1t 環(huán)氧樹脂，需用硫酸 ，號稱 “塑料王 ”的聚四氟乙烯，每生產(chǎn) 1t，需用硫酸 ；有機(jī)硅樹膠、硅油、丁苯橡膠 及丁腈橡膠等的生產(chǎn)，也都要使用硫酸。偶氮染料中間體的制備需要進(jìn)行磺化反應(yīng)，苯胺染料中間體的制備需要進(jìn)行硝化反應(yīng)，兩者都需使用大量濃硫酸或發(fā)煙硫酸。 (9)用于日用品的生產(chǎn)生產(chǎn)合成洗滌劑需要用發(fā)煙硫酸和濃硫酸。玻璃紙、羊皮紙的制造，也需要使用硫酸。 (10)用于制藥工業(yè)磺胺藥物的制備過程中的磺化反應(yīng)，強(qiáng)力殺菌劑呋喃西林的制備過程中的硝化反應(yīng)，都需用硫酸。 (11)與原子能工業(yè)及火箭技術(shù)的關(guān)系 原子反應(yīng)堆用的核燃料的生產(chǎn)，反應(yīng)堆用的鈦、鋁等合金材料的制備，以及用于制造火箭、超聲速噴氣飛機(jī)和人造衛(wèi)星的材料的鈦合金，都和硫酸有直接或間接的關(guān)系。硼烷的衍 生物是最重要的一種高能燃料。 由此可見，硫酸與國防工業(yè)和尖端科學(xué)技術(shù)都有著密切的關(guān)系。下面對硫磺制酸和硫鐵礦制酸兩種制酸方法進(jìn)行工藝比較，突出硫磺制硫酸的工藝和理性。礦石經(jīng)提取礦中有效成分硫元素后 , 產(chǎn)出的大量礦渣部分處理到鋼鐵廠作為煉鐵原料 , 大部分 作為水泥廠生產(chǎn)中的添加料 , 以調(diào)整水泥原料成分 , 增加水泥強(qiáng)度。 另外操作環(huán)境惡劣、操作強(qiáng)度高。而在人們對環(huán)境質(zhì)量要求越來越高 , 政府對環(huán)境整治決心越來越大的現(xiàn)狀下 ,上硫廠的硫酸生產(chǎn)到了非采取 “ 行動 ” 不可的時(shí)候了。使上硫廠從沉重的環(huán)保困境中得以解脫 , 使生產(chǎn)經(jīng)營濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 步入良性循環(huán)。 ( 1) 工藝過程改進(jìn)后 , 動力設(shè)備投用量大幅減少 , 動力消耗明顯下降。 h/t, 下降了 36%。 ( 2) 硫磺制酸工藝能源利用更加合理。 3. 生產(chǎn)場地縮小為企業(yè)提供了發(fā)展空間 由于工藝過程改進(jìn)后 , 工藝路線大幅縮短 ， 生產(chǎn)用地大幅縮小 , 現(xiàn)生產(chǎn)裝置占地僅不到原裝置的十分之一 , 且節(jié)省了大量礦料和礦渣堆場 , 這對企業(yè)的發(fā)展和充分利用土地資源極為重要。走好可持續(xù)發(fā)展之路，利國利民。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 表 12 各種制酸方法消耗定額的比較 消 耗定額 硫磺法 硫鐵礦法 冶煉煙氣法 硫磺（ %） /（ t/t） 硫鐵礦（含硫 35%） /(t/t) 電 /kw h t1 綜上所述，硫鐵礦制酸生產(chǎn)工藝復(fù)雜、管理要求高、操作環(huán)境差及需要處理大量的固體和液體廢物。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第二章 硫磺制硫酸的工藝流程與操作指標(biāo) 原料及反應(yīng)原理 原料 硫磺制硫酸的主要 原料為硫磺、氧氣。 表 21 硫磺的成分及其含量 含 S ≥ % 含灰分 ≤ % 酸度（以 H2SO4） ≤ % 含 As ≤ % 含有機(jī)物 ≤ % 含水分 ≤ % 機(jī)械雜質(zhì) 無 表 22 空氣成分 氮?dú)? 氧氣 反應(yīng)原理 將硫磺經(jīng)熔融、焚燒產(chǎn)生二氧化硫氣體，經(jīng)廢熱鍋爐、過濾器，再通入空氣氧化轉(zhuǎn)化成三氧化硫，再經(jīng)冷卻、酸吸收，制得成品硫酸。液體硫磺從熔硫槽流至帶液下泵的儲槽，然后被送去過濾，過濾在一個(gè)有預(yù)涂層的過濾器中進(jìn)行。 2 主要控制點(diǎn) 過濾過程中， 熔硫儲槽的液位由兩個(gè)液位開關(guān)控制： 圖 21 硫酸裝置工藝流程 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 a. 高高液位開關(guān)停硫磺皮帶機(jī)。 3 工藝特點(diǎn) a ω 灰分 =%的硫磺， 通過液硫過濾器濾能夠使 ω 灰分 %灰分 ，這樣就省掉了熱氣體濾器 ,并且過濾效果更好，延長了催化劑的更換期。 c 過濾器設(shè)有液壓抽芯和振動除渣裝置，作方便。 焚硫、轉(zhuǎn)化及吸收工序 流程描述 硫酸生產(chǎn)采用 “ 3+2” 兩轉(zhuǎn)兩吸工藝流程。霧化后的硫磺與經(jīng) ω （ H2SO4） = 硫酸干燥的空氣反應(yīng)生成 ω （ SO2） =% 的 氣體， SO2 氣體經(jīng)過廢熱鍋爐后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器。干燥塔、中間吸收塔和最終吸收塔公用一個(gè)循環(huán) 槽。 b 鍋爐汽包液位太低、 干吸塔流量太小、 儀表風(fēng)壓力太低、 透平和風(fēng)機(jī)的安全條件不滿足 → 風(fēng)機(jī)停車。 b 焚硫爐內(nèi)無火焰 燃料氣閥門關(guān)閉。 b 焚硫爐設(shè)置了 煤氣燃燒器，操作簡單，燃燒完全。 d 為了縮短系統(tǒng)升溫時(shí)間， 廢熱鍋爐出口至轉(zhuǎn)化器的第四催化劑床層設(shè)置了一條副線， 使第四、五催化劑床層和第一、 二、 三催化劑床層能同時(shí)升溫。 f 第一催化劑床層位于轉(zhuǎn)化器的底部，有利于催化劑的篩分。 g 采用 了四種型號催化劑，分別是： LP1 LP1 Cs110 和 Cs120 型。 h 中間吸收塔和最終吸收塔內(nèi)裝有 , ES 型除霧器，干燥塔內(nèi)裝有雙層絲網(wǎng)除沫器。 i 干燥塔、中間吸收塔、最終吸收塔公用一個(gè)酸循環(huán)槽， 這樣簡化了管道和設(shè)備安裝，且使開車和正常操作更加容易。 j 采用 Alfa Laval 板式酸冷卻器、 Lewis 液下泵。 DCS 是引進(jìn) Bialy 公司的技術(shù)，重要位置靠聯(lián)鎖控制，轉(zhuǎn)化系統(tǒng)催化劑床層溫度通過遙控閥在 DCS 室控制，循環(huán)酸罐液位、 汽包液位均采用自調(diào)。生產(chǎn) 和 784MPa 飽和蒸汽，不僅能滿足本裝置蒸汽透平、加熱器以及保溫伴熱使用，還可外供。出焚硫爐的高溫爐氣人廢熱鍋爐，產(chǎn)生 MPa 蒸汽發(fā)電 。 各轉(zhuǎn)化段的反應(yīng)熱用于熔硫或提高廢熱鍋爐的給水溫度， 并盡量使系統(tǒng)多產(chǎn)蒸汽 。其轉(zhuǎn)化工序的熱利用流程如圖 2 所示。 工藝指標(biāo) 熔硫蒸氣壓力 — 保溫蒸氣壓力 — 3 、 液硫溫度 135℃ — 145℃ 4 、 過濾器操作壓力 ＜ 壓差 ＜ 5 、 液硫酸度 ≤20ppm 6 、 液硫灰份 ≤30ppm 各槽液硫液位 6080% 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 法 表 23 不正?，F(xiàn)象及處理方法 現(xiàn)象 原因 處理方法 干燥率低 噴酸不均； 淋酸濃度低； 進(jìn)氣水量高 上塔酸量小 檢查酸泵； 提酸濃； 分酸槽： 增加上塔量 吸收率低 淋灑酸量不夠； 進(jìn)塔氣溫高； 酸溫酸濃高； 氣速過快或過低有短路現(xiàn)象 檢查酸泵及分酸槽； 加大淋灑量； 加大冷卻水量增加串酸量； 降低氣速停車檢查 酸泵不上酸 或量小 管道有堵塞； 泵體故障。 產(chǎn)酸量降低 現(xiàn)象 1 查明漏點(diǎn)堵漏 處理 酸濃低 1 加水量大 酸溫過高 尾氣冒大煙 3. 酸溫過高 4. 塔內(nèi)氣體走短路 5. 酸泵跳閘 酸泵電流低 酸泵電流波 動有雜音 1. 軸承燒壞 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第三章 主要設(shè)備 主要設(shè)備 熔硫工段（包括原料工段） 熔硫工段的主要設(shè)備有輸送機(jī)、熔硫槽、過濾助慮槽、液硫過濾機(jī)、液硫貯槽、精硫槽、硫磺泵等，主要管道為夾套管。 熔硫槽為襯有耐 酸磚的圓柱形混凝土槽， 設(shè)有 6 組雙螺旋同心加熱蛇管和攪拌器，換熱面積 ㎡。生石灰靠螺桿擠壓機(jī)加入，設(shè)計(jì)能力為 0～ 50 ㎏ /h，硫磺皮帶機(jī)的坡度為 176。 過濾器是預(yù)涂帶壓過濾器，有一個(gè)帶夾套的臥式外殼，在殼內(nèi)有分布在固定濾框上的豎直濾板，過濾器用特殊的合成橡膠墊密封。濾餅靠風(fēng)動裝置排出殼體回收。 焚硫轉(zhuǎn)化工段 焚硫轉(zhuǎn)化工段的主要設(shè)備有焚硫爐、熱力設(shè)備（廢熱鍋爐、過濾器、省煤器等）、轉(zhuǎn)化器、熱換熱器、冷換熱器，主要管道為煙氣管道，大部分管道可現(xiàn)場卷制或是直接購買的螺旋管。 焚硫爐 焚硫爐為臥式圓筒形，內(nèi)有耐火襯里，設(shè)有 3 層豎直隔板。焚硫爐裝有開工煤氣燃燒器，該爐的設(shè)計(jì)功率最 大值為 5700KW ，提供的操作彈性為 5:1 ，主要包括爐前煤氣集合管總閥（控制進(jìn)入燃燒器煤氣與風(fēng)的比例）、火焰監(jiān)視系統(tǒng) 具有自動切斷煤氣進(jìn)料閥的功能）、電子打火器。中間省煤器只有一組盤管，最終省煤器則有兩組盤管，其中一組為鍋爐給水預(yù)熱盤管，另一組為飽和蒸汽預(yù)熱盤管，飽和蒸汽預(yù)熱盤管位于最終省煤器的頂部溫度較高部位。省煤器底部殼體有耐酸襯 里并帶一密封罐， 防止由于煙氣冷凝而引起的腐蝕。鍋爐氣體旁路設(shè)有一個(gè)柱塞閥，柱塞閥的閥桿處于大約 345℃氣流中，免受熱氣體的損壞。旁路柱塞閥前設(shè)有手動蝶閥。催化劑加熱升溫期間，熱氣體需要全部走旁路時(shí)， 也會用手動 蝶閥調(diào)節(jié)，此閥的閥桿處也通有儀表風(fēng)。 廢熱鍋爐的殼程上還接有一根從裝置界區(qū)外來的高壓蒸汽管線，用于開工時(shí)鍋爐的預(yù)熱。 干燥塔和 吸收塔 干燥塔、中間吸收塔和最終吸收塔均是立式、筒形、內(nèi)有磚襯的結(jié)構(gòu)，其中的陶瓷填料由陶瓷支撐板支撐，整塔豎立在水泥框架上。干燥塔和中間吸收塔內(nèi)填料層高度為 2130 ㎜ 而最終吸收塔填料層高度為 2440 ㎜。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 35 吸收塔結(jié)構(gòu)示意圖 成品工段 成品 工段的主要設(shè)備有硫酸貯槽、輸送泵，主要管道為普通碳鋼或不銹鋼管道。 2404，立式 /液 F， Q=35 m3/h 焚硫爐進(jìn)料泵 立式 /液下， KestnerZFAP4S, Q=干吸塔循環(huán)酸泵 立式 /液下 , Q=350m3/h LEWISTHR/MSHR2467 最終吸收塔循環(huán)酸泵 立式 /液下 ,Q=350m3/h LEWIS6HMSH1876 ω（ SO3 游離） 30%發(fā)煙硫酸循環(huán)泵 立式 /液下 ,Q=540m3/h LEWIS6HMSH2278 尾氣放空稀酸循環(huán)泵 立式 /液下 ,Q=濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 第四章 物料衡算和能量衡算 物料衡算 原料的選取 天然硫磺和回收硫磺的純度很高，可達(dá) %以上，有害雜質(zhì)的含量很少，作為生產(chǎn)硫酸的原料，不需要復(fù)雜的爐氣凈制工序，還可以省掉排渣設(shè)備、工藝流程生產(chǎn)短，生產(chǎn)費(fèi)用低，生產(chǎn)中熱能可合理利用，對環(huán)境污染少。 本設(shè)計(jì)所需達(dá)到的工藝指標(biāo) 1．在干燥塔內(nèi)自塔頂噴淋的 98%硫酸吸收掉空氣中的水分，使出塔干燥空氣中水分小于或等于 ，再經(jīng)鼓風(fēng) 機(jī)溫度由 60℃ 升高到 100℃ 進(jìn)入焚硫爐。 表 41 硫磺制酸轉(zhuǎn)化工段性能參數(shù) 轉(zhuǎn)化段 轉(zhuǎn)化率 進(jìn)口溫度 出口溫度 一 419 609 二 438 519 三 439 463 四 418 438 五 430 442 焚硫工段物料衡算 以 1 kmol 精硫?yàn)榛鶞?zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，硫完全燃燒；反應(yīng)后混合物中二氧化硫的摩爾分?jǐn)?shù)為 %。 SO2 + 1/2 O2 = SO3 初始 1 kmol kmol 0 反應(yīng) 1 1/21 1 最終 表 43 為第一轉(zhuǎn)化階段物料衡算數(shù)據(jù)。 SO2 + 1/2 O2 = SO3 初始 kmol